電壓降如何影響光伏系統(tǒng)性能？

什么是電壓降 電壓降是怎么產(chǎn)生的 電壓降對光伏系統(tǒng)的影響 如何計(jì)算電壓降

什么是電壓降

電壓降又稱為電壓差或電位差，符號為ΔU，單位伏特（V），是描述電場力移動電荷做功大小的電氣物理量。任意兩點(diǎn)的電位差即是兩點(diǎn)間的電壓降。如下圖所示：

U1為起點(diǎn)電壓，U2為終點(diǎn)電壓，則該段線路的電壓降為ΔU=U1-U2。在高壓輸電系統(tǒng)中，為了降低線路損耗，發(fā)電量機(jī)組輸出電壓U1一般比電網(wǎng)標(biāo)稱電壓Un高出5%~10%，以平衡線路損耗，使末端電壓仍接近電網(wǎng)標(biāo)稱電壓。

電壓降是怎么產(chǎn)生的

當(dāng)電流通過用電設(shè)備后(電阻)，其設(shè)備兩端產(chǎn)生的壓差稱其為電壓降。電流通過導(dǎo)體(或用電器)的時(shí)候，會受到一定的阻力，但在電壓的作用下，電流能夠克服這種阻力順利通過導(dǎo)體(或用電器)，但遺憾的是，流過串聯(lián)電阻(或用電器)后，電壓再也沒有以前那么高了，它下降了。而且電阻越大，電壓差變化的就越大。所以電流流過電阻（或用電器）上的電流，其產(chǎn)生電壓大小的差別，就叫“電壓降”。可見，“電壓降”就是電流通過線路時(shí)損耗了電力，產(chǎn)生的電壓降落，稱為“電壓降”。

電壓降對光伏系統(tǒng)的影響

光伏系統(tǒng)安裝之后，用戶最關(guān)心就是發(fā)電量，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到用戶的投資回報(bào)。影響發(fā)電量的因素很多，比如組件、逆變器、電纜的質(zhì)量、安裝朝向方位角、傾斜角度、陰影遮擋、組件和逆變器配比系統(tǒng)方案、并網(wǎng)電壓等等各種因素都有可能。光伏電站設(shè)計(jì)使用年限25年，可見電纜選型對光伏系統(tǒng)的發(fā)電量影響尤為重要。設(shè)計(jì)人員在電纜設(shè)計(jì)選型時(shí)，往往只考慮電纜的載流量是否滿足計(jì)算電流要求，而忽略了線路功率損耗對整個(gè)光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響。一般來說，較為專業(yè)的業(yè)主會要求光伏交直流系統(tǒng)的線路損耗要控制在5%以內(nèi)，苛刻的要求達(dá)到2%以內(nèi)，以達(dá)到發(fā)電量收益最大化。為此設(shè)計(jì)上要選用電阻率較小的導(dǎo)線，電纜截面要有足夠的線徑。在高壓系統(tǒng)中往往也同時(shí)考慮導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)電流密度。

如何計(jì)算電壓降

一般來說，計(jì)算線路的壓降并不復(fù)雜，可按以下步驟：

1.計(jì)算線路電流I

I=P/1.732*U*cosθ

其中：P-功率(kW)；U-電壓(kV)；cosθ-功率因素，光伏輸出電能質(zhì)量較高，功率因素可以忽略不計(jì)，即cosθ=1。

2.計(jì)算線路電阻R

R=ρ*L/S

其中：ρ-導(dǎo)體電阻率（銅芯電纜ρ=0.01740，鋁導(dǎo)體ρ=0.0283，詳見表1）；L-線路長度(m)；S-電纜的標(biāo)稱截面（mm2）

表1 不同溫度下的銅導(dǎo)體電阻率

3.計(jì)算線路壓降（最簡單實(shí)用）

線路壓降計(jì)算公式：ΔU=I*R，I-線路電流；L-線路長度

為便于計(jì)算，電纜長度取整數(shù)。

以上就是對整個(gè)光伏系統(tǒng)的線路損耗計(jì)算過程，當(dāng)然還有其他方法也可以計(jì)算出線路損耗，比如查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)電手冊》找到相應(yīng)的電壓損失百分比，通過公式也可以得出較為準(zhǔn)確的線路損耗。需要注意的是《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)電手冊》電壓損失百分比是基于民用400V系統(tǒng)及10kV系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，用于計(jì)算光伏系統(tǒng)會有一定的偏差。當(dāng)然本次計(jì)算數(shù)據(jù)基于系統(tǒng)在額定輸出下，光伏功率的輸出與實(shí)時(shí)天氣有關(guān)，具有一定的波動性和間歇性。

問題解析：16平方電纜能帶80A左右的電流，18.5kW電機(jī)的額定電流只有37A，怎么看16平方電纜足以能帶動18.5kW電機(jī)了！但是誰也沒有想到，電機(jī)接二連三的燒壞，最后電工檢查后才發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的電壓只有340V，由于電纜長度1000米，電纜距離太遠(yuǎn)導(dǎo)致的電壓降低，從而把電機(jī)燒毀。

電壓降：是由于電纜距離太長，線徑太小，電纜的電阻增大，從而導(dǎo)致的電壓降低，電機(jī)的正常電壓范圍380V，允許電壓波動范圍是低于正常電壓的5％，高于正常電壓的10％，都是正常范圍，380×5％＝19V。電壓低于正常電壓，但是不超出19V就可以正常用電，如果超出19V就會對電機(jī)造成損壞甚至燒毀。電壓降低電機(jī)的電流會增大，電機(jī)的繞組會發(fā)熱，當(dāng)電壓降低超過10％，繞組長時(shí)間溫度過高，會影響電機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重的話有可能會燒壞電動機(jī)。

4.交流電纜電壓降

怎么計(jì)算電壓降＝導(dǎo)線通過的電流×導(dǎo)線的電阻。導(dǎo)線通過的電流，就是帶動的負(fù)載需要的電流18.5kW電機(jī)的額定電流是37A，那么導(dǎo)線就需要通過37A的電流。導(dǎo)線的電阻＝導(dǎo)線的長度×導(dǎo)線的電阻率÷導(dǎo)線的線徑；導(dǎo)線的電阻率，銅線為0.0175 鋁線為0.0283

銅線的截面積＝（導(dǎo)線上的電流×導(dǎo)線的長度）÷（54.4×允許的電壓波動范圍19V）

鋁線的截面積＝（導(dǎo)線上的電流×導(dǎo)線的長度）÷（34×允許的電壓波動范圍19V）

例如：18.5kW電機(jī)，電纜長度1000米，配置多大電纜？

銅線截面積＝（導(dǎo)線上的電流37A×導(dǎo)線的長度1000米）÷（54.4×19V）=（37×1000）÷（54.4×19）＝35.8電線，也就是我們要選擇不小于35.8的銅線電纜。

鋁線截面積＝（導(dǎo)線上的電流37A×導(dǎo)線的長度1000米）÷（34×19V）=（37×1000）÷（34×19）＝57.3電線，也就是我們要選擇不小于57.3的鋁線電纜。

所以干電氣的話，已知負(fù)載功率，如果配置電纜，不僅要考慮到負(fù)載的電流，還要考慮到負(fù)載距離太遠(yuǎn)，而帶來的電壓降的影響！